北京中环世纪工程设计有限责任公司青岛分公司 山东青岛 266033
摘要:随着经济的快速增长，城市化进程的飞速发展，高层建筑在我国的一些大中城市发展迅速，大大丰富了城市景观，与此同时高层建筑的结构类型和功能也更加趋向于复杂化和多样化，为此，对建筑结构设计也就提出了更高的要求。文章对高层建筑结构设计及某工程结构选型进行了研究分析，以供参考。
关键词：高层建筑；结构设计；结构选型
1前言
在早前，手工画图时代，结构设计师都是依靠先把空间问题转换成平面问题。此时通过计算力学效应，逐步分析计算和考核，强度、整体受力情况都需要一一验算核准，强调安全性，也要满足设计的基本要求。然后凭经验初取截面，再进行强度验算校核、整体受力验算等步骤。由于受到当时条件制约，整体上要既要实现经济，又要完全达到优化设计是很难达到的。随着计算机的普及，在建筑设计上的应用，利用计算机来优化建筑设计结构，研究成果虽然取得了突破性的进展，但是应用上并不如人意。那是因为科研的结果与现实的运用在很大程度上有一定的距离，现实中会考虑更多的约束条件，工程的复杂性在现实中得到体现。不是科研中的简单函数关系就能处理完成，需要考虑实际情况。工程的复杂和不可复制性，就决定了结构化优化的难度。
2高层建筑结构设计原则
2.1采用合理的高层建筑结构计算简图
根据选择的建筑结构计算简图对高层建筑结构设计进行准确计算，若存在不合理的情况，则会因建筑结构设计问题导致安全事故发生。所以计算简图的选择关乎着整体高层建筑结构的安全性。在高层建筑结构设计方面，建筑结构的节点并非单一的钢节点，需要将计算简图中可能出现的误差控制在最小范围。
2.2对高层建筑结构基础进行科学合理的设计
从高层建筑所处区域的具体地质状况入手，选择最为合理的结构设计方案，通过对高层建筑结构类型、荷载的具体分布状况作出全方位分析，综合工程的施工条件等确定最佳的建筑结构设计方案。其中，须选用地基潜力可充分发挥的结构设计方案，同时对建筑地基的变形情况进行全面检查。另外，高层建筑结构设计要具有详细的地质勘查报告，若缺少地质勘查报告，则需重新进行勘查，保证高层建筑结构设计的合理性。
2.3挑选合理的高层建筑结构设计方案
在高层建筑结构设计方案挑选的过程中，结构设计师的主要工作就是精准、高效地做好高层建筑工程的内力分析，要对相关设计规范要求进行全面性的了解，在综合性分析后进行建筑结构的整体设计，其关乎高层建筑工程的最终设计质量。整体而言，我国新规范的相继推出，在建筑结构计算与分析方面做出了大范围的改进，设计师在进行高层建筑设计时要特别加以关注。在挑选建筑结构设计方案的过程中须确保设计方案的合理性，然后按照建筑物所处地理方位、具体地质状况，对工程造价进行掌控，确定最为经济、合理的设计方案。
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3高层建筑结构的选型设计
3.1高层建筑结构体系的分类
高层建筑结构体系按结构形式分类主要有:框架结构;抗震墙结构;框架一抗震墙结构;筒体结构;部分框支抗震墙结构;板柱一抗震墙结构等等。不同的结构体系所具有的强度和刚度是不一样的，因此它们适用的高度也不同。各种结构形式适用的高度范围在《建筑抗震设计规范》中有明文规定。一般地，框架结构布置灵活，具有较大的室内空间，在考虑抗震设防要求的建筑中，由于框架梁柱截面较小，抗震性能差，刚度较低，而且高层建筑中的框架填充墙在地震中破坏严重，修复费用较高。故其多用于高度低、层数少的公共建筑。
框架一抗震墙结构既具有框架结构布置灵活、方便使用的特点，又有较大的刚度和较强的抗震性能，多用于公共建筑和旅馆建筑等。抗震墙结构刚度很大，空间整体性好，承载力大，在水平力作用下侧移小，用钢量较省。它比较适用于高层住宅及旅馆建筑等隔墙较多的建筑。
3.2结构选型阶段需要注意的问题
一是要注重结构的规则性。由于新、旧规范在这一方面出现了比较大的变化，新规范在此增加了比较多的限制因素。比如平面规则性方面的信息、嵌固端上、下层之间刚度比方面的信息等。与此同时，新规范采取了强制性规定，要求建筑物不能采用严重不规则之设计方案。所以，工程技术人员在明确新规范的限制条件中一定要加以注意，从而避免出现后期施工图设计阶段之被动。
二是要注重结构的超高性。新规范在应对超高问题上，除了把原先的限制高度设置为A级高度之外，同时还应增加B级高度之建筑。所以，一定要对高层建筑结构中的这一项控制因素加以注意，假如结构为B级高度建筑，或者已经超过了B级高度，那么其设计方法与处理方法都将出现一个相当大的变化。在具体的工程设计之中，出现过因为结构类型之变更而忽略这一问题的情况，从而造成施工图在审查时未能通过，一定要重新做出设计，这对于工程的工期与造价等总体规划存在着相当大的影响。
4高层结构设计的优化内容与步骤
高层建筑与多层在抗震措施、刚度要求、变形控制、结构构成各个方面有所不同。高层在水平地震力和水平风荷载作用下对于结构的柔韧度和震动周期要求高，同时高层在水平力的影响下，侧向位移的控制和把握会越来越难。高层在抗震设计上柔韧性和抗震周期的要求也越来越复杂。在风力、楼体自重力和地震力的影响下，楼轴向变形更加明显，对结构设计要求更高。在高层结构设计时候，要达到优化也要有坚持的基础与原则，应该做到经济、安全、实用与美观达到完美统一。在结构设计中应使结构有足够的承载能力，要具备一定的抗推刚度和抗扭刚度，有其在特殊地质情况下，要让刚度均匀变化、合理的构成以节省造价。
高层建筑结构优化总体上来讲，以结构知识为基础，以最经济合理的工程材料创造安全合理的结构。从安全角度上来讲，最好的优化就是保证安全要求的情况下提高结构的正常和极限状态的承载能力。从功能角度来看，优化设计可以通过美观实用为基础，有效提高空间的利用。从经济角度上来看，结构设计会影响工程整体上的造价75%以上，通过优化可以降低造价，节约高达20%～30%。
在了解了高层结构设计的优化内容的同时，要按照一定的步骤进行优化，实现优化的目标。首先要完成的是功能的优化，在这个阶段要请结构设计师参与，反复斟酌方案的可行性与经济性的均衡，考虑各个影响因素，让功能得以实现。其次，就要恰当的选择结构化型式，层数多的情况下，把抗震和抗侧刚度作为主要的考虑因素，结构型式选择中把主要因素放在首位，再逐步筛选次要因素。再次，就是对于结构进行合理布局。这个结构布局要求看起来对称或者均匀，富有美感；荷载传力具有明晰的路径，垂直方向和水平方向的荷载传力分别对墙体和柱子承受压力与风向水平的荷载保证顶端的位移。优化的结果是需要一个合理的取值，高层结构抗侧力刚度取值合理，不多不少，既不会加大成本，也不会失去安全性，这需要设计者的精心设计和构造才能达到。
5结束语
总之，对于高层建筑结构优化需要注意的多方面，需要设计者既有创造性，又有熟练的理论和实践经验，从设计的展现到结构特性的把握，都需要精准的知识水平。特别是结构效应上要满足安全需要，把安全放在首位。经济性是一个设计师能力的综合体现，优化在经济性上是建筑商品市场竞争的关键。只有综合把握这几个方面，才能完成高层结构优化的目标。
参考文献:
[1]赵东晓.高层建筑结构设计的问题与对策研究[J].商品混凝土，2012（9）：132–133.
[2]吴必正，赵永辉.试论高层建筑结构设计存在的问题及对策[J].门窗，2014（1）：95，98.
论文作者:姜鹏
论文发表刊物:《防护工程》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/14
标签：结构论文; 结构设计论文; 高层建筑论文; 建筑结构论文; 高层论文; 刚度论文; 设计方案论文; 《防护工程》2018年第20期论文;